(57)【要約】本発明は、Ｒ、Ｆｅ、Ｂを組成成分として含む希土類磁石粉末を準備するステップ（ここで、ＲはＹ及びＳｃを含む希土類元素から選択される１種または２種以上であり、Ｍは金属のうち１種または２種以上である）と、重希土水素化物を含む重希土化合物を、前記希土類磁石粉末と混合するステップと、混合された粉末を磁場成形するステップと、及び焼結及び重希土拡散を同時に行なうステップと、を含む希土類磁石の製造方法を提供する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｒ、Ｆｅ、Ｂを組成成分として含む希土類磁石粉末を準備するステップ（ここで、ＲはＹ及びＳｃを含む希土類元素から選択される１種または２種以上であり、Ｍは金属のうち１種または２種以上である）と、
重希土水素化物を含む重希土化合物を、前記希土類磁石粉末と混合するステップと、
混合された粉末を磁場成形するステップと、及び
焼結及び重希土拡散を同時に行なうステップと、を含む希土類磁石の製造方法。
【請求項２】
前記希土類磁石粉末の平均粒径は、１〜１０μｍの範囲内である請求項１に記載の希土類磁石の製造方法。
【請求項３】
前記混合するステップにおいて、前記希土類磁石粉末と重希土化合物の総含有量対比重希土化合物の含有量は、１〜４重量％の範囲内である請求項１に記載の希土類磁石の製造方法。
【請求項４】
重希土化合物において、重希土はＤｙ及びＴｂのうち１つ以上選択される請求項１に記載の希土類磁石の製造方法。
【請求項５】
重希土化合物には、重希土フッ化物がさらに含まれる請求項１に記載の希土類磁石の製造方法。
【請求項６】
重希土化合物総重量対比重希土水素化物は、５０〜１００重量％の範囲内である請求項５に記載の希土類磁石の製造方法。
【請求項７】
前記焼結及び重希土拡散温度は、９００〜１１００℃の範囲内である請求項１に記載の希土類磁石の製造方法。
【請求項８】
前記焼結及び重希土拡散時に７００℃以上での昇温速度は、０．５〜１５℃／ｍｉｎの範囲内である請求項１に記載の希土類磁石の製造方法。
【請求項９】
希土類磁石粉末には、Ｍ（金属）がさらに含まれる請求項１に記載の希土類磁石の製造方法。
【請求項１０】
前記焼結及び重希土拡散完了後、４００〜６００℃の範囲内で後熱処理するステップをさらに含む請求項１に記載の希土類磁石の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、希土類焼結磁石の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、省エネルギー及び環境に優しいグリーン成長事業が新たな話題として浮上し、自動車産業では、化石原料を使用する内燃機関をモータと並行して使用するハイブリッド車或いは環境に優しいエネルギー源の水素などを代替エネルギーとして活用して電気を発生させ、発生された電気を利用して、モータを駆動する燃料電池車に対する研究が行われている。このような環境に優しい自動車は、共通的に電気エネルギーを利用して駆動される特徴を有するので、永久磁石型モータ及び発電機が必然的に採用されており、磁性材料の側面では、エネルギー効率をさらに向上させるために、より優れた磁気特性を示す希土類焼結磁石に対する技術的需要が増加する傾向にある。また、駆動モータの他に、環境に優しい自動車の燃費改善のための他の側面では、ステアリング装置、電気装置などに使用される自動車部品の軽量化及び小型化を実現しなければならないが、例えば、モータの場合、軽量化及び小型化を実現するためには、モータの多機能化設計変更と共に、永久磁石材料は、従来使用されていたフェライトをより優れた磁気的性能を示す希土類焼結磁石に代替することが不可欠である。
【０００３】
上記で説明した環境に優しい自動車は、エネルギー使用量の増加による原油高、環境汚染による健康上の問題の解決及び世界各国で地球温暖化への長期的な対策として、炭素の発生を規制する政策が段々強化される傾向などの理由により、今後、生産量が段々増加するものと予想される。
【０００４】
一方、環境に優しい自動車に採用される永久磁石は、２００℃の高温環境下でも磁石の性能を失うことなく、本来の機能を安定的に維持しなければならないので、２５〜３０ｋＯｅ以上の高い保磁力が求められている。
【０００５】
理論的には永久磁石の残留磁束密度は、材料を構成する柱状の飽和磁束密度、結晶粒の異方化程度及び磁石の密度などの条件により決定され、残留磁束密度が増加するにつれて磁石は外部に一層強い磁力を発生させることができるので、様々な応用分野において機器の効率と出力を向上させることができるという利点がある。一方、永久磁石の他の性能を示す保磁力は、熱、反対方向の磁場、機械的衝撃などの磁石を脱磁させようとする環境に対応して永久磁石の固有性能を維持させる役割をするので、保磁力が優れるほど耐環境性が良好であり、高温応用機器、高出力機器などに使用できるだけではなく、磁石を薄く製造して使用することができるので、重量が減少して経済的な価値が高くなる。
【０００６】
このように高い保磁力を有する希土類焼結磁石を製造するために、磁石の合金を作製する過程でＮｄ或いはＰｒのような軽希土の５〜１０ｗｔ％をＤｙ或いはＴｂのような重希土に置換した組成で設計される。しかし、このときに使用されるＤｙ或いはＴｂのような重希土は、Ｎｄ或いはＰｒのような軽希土と比較するとき、価格が４〜１０倍の高価であり、世界的に埋蔵量も豊富ではないという資源的制限要素があるので、希土類磁石の活用分野を拡大し、円滑な需給問題を解決するためには、重希土の含有量を最小化しながら保磁力を向上させるための新たな磁石製造方法が必要である。
【０００７】
このような観点から、２０００年代から世界各国の研究機関及び希土磁石の生産企業では、重希土の使用量を最小化しながら保磁力を向上させようとする開発を行なってきており、これまでに開発された代表的な方法としては、希土焼結磁石を製造した後、希土磁石の表面に重希土を拡散させて重希土の使用量を最小限にする重希土粒界拡散方法が提示されている。
【０００８】
重希土粒界拡散方法は、焼結磁石を製造した後、磁石の表面に重希土化合物を粉末塗布、蒸着、メッキなどのいくつかの方法で塗布し、アルゴン或いは真空雰囲気で７００℃以上の温度に加熱することにより、磁石の表面に塗布されていた重希土が段々磁石結晶粒界に沿って内部に拡散して浸透されるようにする方法である。重希土が拡散反応により結晶粒界に沿って磁石の内部に浸透を完了すると、結晶粒界の周辺には、重希土が集中的に分布するが、希土焼結磁石の固有特性上、保磁力を減少させる磁気的欠陥がほとんど結晶粒界に分布するので、結晶粒界を重希土が集中的に分布するようになれば、重希土が磁気的欠陥を除去することにより、保磁力が向上する効果を奏する。
【０００９】
一方、このような重希土粒界拡散方法は、重希土塗布過程で安定した粒界拡散のために、重希土を十分に塗布（拡散に必要な量の２倍以上）しなければならず、粒界拡散過程で磁石の表面に塗布されていた重希土が磁石の内部に拡散されて浸透されるとき、数ｎｍの狭い結晶粒界面に沿って進行しなければならないので、磁石の表面から内部の中央まで重希土の均一な組成分布を維持できないという問題点がある。より詳細に説明すると、拡散初期の磁石表面を介して急速に浸透された重希土の一部だけが狭い結晶粒界に沿って内部に浸透され、内部に浸透が進むほど拡散速度が段々遅くなるので、粒界拡散が完了した磁石の重希土分布を測定してみると、磁石の表面側に高い重希土濃度を示し、内部には重希土がほとんど存在しない重希土組成の不均一分布を形成することになる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記の問題点を解決するためのものであって、本発明は、重希土の使用量を節減しながら、磁石の保磁力と熱安定性を向上できる希土類磁石の製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
また、重希土水素化物を含む重希土化合物を希土類磁石粉末と混合して焼結及び熱処理を同時に行なって、重希土が磁石の表面及び内部の結晶粒界面に均一に分布して磁気的性能が安定した希土類磁石の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するための手段として、本発明は、Ｒ、Ｆｅ、Ｂを組成成分として含む希土類磁石粉末を準備するステップ（ここで、ＲはＹ及びＳｃを含む希土類元素から選択される１種または２種以上であり、Ｍは金属のうち１種または２種以上である）と、重希土水素化物を含む重希土化合物を、前記希土類磁石粉末と混合するステップと、混合された粉末を磁場成形するステップと、及び焼結及び重希土拡散を同時に行なうステップと、を含む希土類磁石の製造方法を提供する。
【００１３】
また、前記希土類磁石粉末の平均粒径は、１〜１０μｍの範囲内の希土類磁石の製造方法を提供する。
【００１４】
また、前記混合するステップにおいて、前記希土類磁石粉末と重希土化合物の総含有量対比重希土化合物の含有量は、１〜４重量％の範囲内である希土類磁石の製造方法を提供する。
また、重希土化合物において、重希土はＤｙ及びＴｂのうち１つ以上選択される希土類磁石の製造方法を提供する。
【００１５】
また、重希土化合物には、重希土フッ化物がさらに含まれる希土類磁石の製造方法を提供する。
また、重希土化合物の総重量対比重希土水素化物は、５０〜１００重量％の範囲内である希土類磁石の製造方法を提供する。
【００１６】
また、前記焼結及び重希土の拡散温度は、９００〜１１００℃の範囲内である希土類磁石の製造方法を提供する。
【００１７】
また、前記焼結及び重希土拡散時に７００℃以上での昇温速度は、０．５〜１５℃／ｍｉｎの範囲内である希土類磁石の製造方法を提供する。
【００１８】
また、希土類磁石粉末には、Ｍ（金属）がさらに含まれる希土類磁石の製造方法を提供する。
【００１９】
また、前記焼結及び重希土拡散が完了した後、４００〜６００℃の範囲内で後熱処理するステップをさらに含む希土類磁石の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の一実施例に係る希土類磁石の製造方法は、重希土水素化物を含む重希土化合物を希土類磁石粉末と混合して磁場成形を行なった後、焼結及び熱処理を同時に行なって重希土が磁石の表面及び内部の結晶粒界面に均一に分布して磁気的性能が安定的であり、少量の重希土を使用しながらも磁石の保磁力と熱安定性を向上させることができる。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、添付した図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。しかし、本発明は、このような実施例に限定されるものではなく、様々な形態に変形することができることは言うまでもない。
【００２２】
そして明細書全体において、或る部分が他の部分を「含む」とするとき、特に反対される記載がない限り、他の部分を排除するものではなく、他の部分をさらに含むことができる。また、層、膜、領域、板などの部分が他の部分「上部に」あるとするとき、これは他の部分の「真上に」ある場合だけではなく、その中間に他の部分が位置する場合も含む。層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「真上に」あるとするときは、中間に他の部分が位置していないことを意味する。
【００２３】
本発明の一実施例に係る希土類磁石の製造方法は、Ｒ、Ｆｅ、Ｂを組成成分として含む希土類磁石粉末を準備するステップと、重希土水素化物を含む重希土化合物を、前記希土類磁石粉末と混合するステップと、混合された粉末を磁場成形するステップと、及び焼結及び重希土拡散を同時に行なうステップを含む。選択的に、焼結及び拡散後に、後熱処理するステップをさらに含むことができる。
以下、各ステップを詳細に説明する。
【００２４】
（１）希土類磁石粉末を準備するステップ
Ｒ、Ｆｅ、Ｂを組成成分として含む希土類磁石粉末において、ＲはＹ及びＳｃを含む希土類元素から選択される１種または２種以上が選択されることができ、組成成分として選択的に金属Ｍが１種または２種以上が選択されることができる。Ｍの具体的な例としては、Ａｌ、Ｇａ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｗ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｔａ、Ａｇなどを挙げることができる。前記希土類磁石粉末は限定されることはないが、Ｎｂ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石粉末を用いるすることができる。
前記希土類磁石粉末組成としては限定されないが、Ｒは２７〜３６重量％、Ｍは０〜５重量％、Ｂは０〜２重量％の範囲内であり、残部はＦｅから成ることができる。
【００２５】
一実施例でとして、前記組成の合金を真空誘導加熱方式で溶解しストリップキャスト方法を利用して、合金インゴットに製造することができる。これらの合金インゴットの粉砕能を向上させるために、常温〜６００℃の範囲で水素処理及び脱水素処理を行なった後、ジェトミル、アトライタミル、ボールミル、振動ミル等の粉砕方式を利用して１〜１０μｍの粒度範囲の均一で微細な粉末に製造することができる。合金インゴットから１〜１０μｍの粉末に製造する工程は、酸素が汚染されて磁気特性が低下することを防止するために、窒素或いは不活性ガス雰囲気で行うことが好ましい。
【００２６】
（２）重希土化合物を希土類磁石粉末と混合するステップ
前記重希土化合物は、重希土水素化物を必須として含む。重希土としてはＤｙ及びＴｂのうち１つ以上が選択されることができ、さらにＨｏが含まれても良い。また、前記重希土のフッ化物がさらに含まれても良い。重希土化合物の総重量対比重希土水素化物は、５０〜１００重量％の範囲内が後述する実施例に示すように特性に優れている。
【００２７】
これらの重希土化合物粉末を希土類磁石粉末と混合し、その割合としては、後述する実施例に示すように、希土類磁石粉末と重希土化合物の総含有量対比重希土化合物の含有量は、１〜４重量％の範囲内が良い。
【００２８】
混合する方法の一例として、混合比率を計量した後、３次元粉末混練機を用いて０．５〜５時間均一に混練することができる。希土類粉末と重希土化合物粉末の均一な混練のために重希土化合物粉末の粒度を１０ｎｍ〜５０μｍの範囲で調節して製造することが好ましい。これらの混合工程は、酸素が汚染されて磁気特性が低下することを防止するために、窒素或いは不活性ガス雰囲気で行うことが好ましい。
【００２９】
（３）磁場成形するステップ
前記混合された粉末を用いて磁場成形を施す。その一例として、混練された粉末を金型に充填し、金型の左／右に位置する電磁石により直流磁場を印加して混練された粉末を配向させ、同時に上／下パンチにより圧縮成形を施して成形体を製造することができる。磁場成形工程は、酸素が汚染されて磁気特性が低下することを防止するために、窒素或いは不活性ガス雰囲気で行うことが好ましい。
【００３０】
（４）焼結及び重希土拡散ステップ
磁場成形が完了すると、成形体の焼結及び重希土拡散を同時に行う。焼結及び重希土拡散ステップでは、熱処理温度及び昇温速度が非常に重要である。後述する実験例から分かるように、９００〜１１００℃の範囲内の温度で焼結及び重希土拡散を行うことが好ましく、７００℃以上での昇温速度は、０．５〜１５℃／ｍｉｎの範囲内に調節することが好ましい。
【００３１】
一例として、磁場成形により得られた成形体を焼結炉に装入し、真空雰囲気及び４００℃以下で十分に維持して残存する不純有機物を完全に除去し、さらに９００〜１１００℃の範囲まで昇温させて１〜４時間維持することにより、焼結の緻密化と同時に重希土拡散を完了することができる。焼結及び重希土拡散ステップにおいて雰囲気は真空及びアルゴンなどの不活性雰囲気で行うことが好ましく、７００℃以上の温度では、昇温速度を０．１〜１０℃／ｍｉｎ、好ましくは０．５〜１５℃／ｍｉｎに調整することにより、重希土が結晶粒の界面で均一に拡散することができるように制御することが好ましい。
【００３２】
選択的に、焼結及び拡散が完了した焼結体を４００〜９００℃の範囲で１〜４時間、後熱処理を施して安定化させることが好ましく、その後、所定の大きさに加工して希土類磁石を製造することができる。
【００３３】
このような方法で製造された希土類磁石は、重希土が磁石の表面及び内部の結晶粒界面に均一に分布して磁気的性能が安定的であり、少量の重希土を使用しながらも磁石の保磁力と熱安定性を向上させることができ、重希土水素化物を使用することにより、不純物の流入に伴う問題点を最小化することができる。
以下、実施例を参照して、より詳細に説明する。
【００３４】
実施例１
重希土を含有していない３２ｗｔ％Ｒ−６６ｗｔ％Ｆｅ−１ｗｔ％Ｍ−１ｗｔ％Ｂ（ここで、Ｒ＝希土類元素、Ｍ＝３ｄ金属）組成の合金を真空誘導加熱方式で溶解し、ストリップキャスト方法を利用して合金インゴットに製造した。
【００３５】
製造された合金インゴットの粉砕能を向上させるために、水素雰囲気及び常温で水素を吸収させ、続いて真空６００℃で水素を除去する処理を施した後、ジェトミル技術を利用した粉砕方式により３．５μｍ粒度の均一で微細な粉末に製造した。このとき、合金インゴットから微粉末に製造する工程は、酸素が汚染されて磁気特性が低下することを防止するために、窒素或いは不活性ガス雰囲気で行なった。
【００３６】
粉砕された希土類粉末：Ｄｙ−Ｈ或いはＴｂ−Ｈ重希土粉末の割合が９５〜９９．５：５〜０．５ｗｔ％の範囲になるように計量した後、３次元粉末混練機を用いて２時間均一に混練した。このとき、混練に使用した重希土化合物粉末サイズ＝１μｍを用いた。
【００３７】
混練された粉末を用いて、次のように磁場成形を施した。混練された粉末を金型に充填し、金型の左／右に位置する電磁石により直流磁場を印加して混練された粉末を配向させ、同時に上／下パンチにより圧縮成形を施して成形体を製造した。
希土類粉末と重希土化合物粉末の混練と磁場成形の工程は、酸素が汚染されて磁気特性が低下することを防止するために、窒素或いは不活性ガス雰囲気で行なった。
【００３８】
磁場成形により得られた成形体を焼結炉に装入し、真空雰囲気及び４００℃以下で十分に維持して残存する不純有機物を完全に除去し、さらに１０２０℃まで昇温させて２時間維持することにより、焼結の緻密化と同時に重希土拡散を完了した。焼結及び重希土拡散ステップにおいて、雰囲気は真空及びアルゴン雰囲気で行い、７００℃以上の温度では、昇温速度を１℃／ｍｉｎに調節することにより、重希土が結晶粒の界面で均一に拡散することができるように制御した。焼結済みの焼結体は、５００℃の範囲で２時間熱処理を施した後、１２．５＊１２．５＊４ｍｍのサイズに加工して磁気特性を測定した。
【００３９】
上記のように、本発明により実施されたサンプル及び比較サンプルの成分分析は、ＩＣＰを用いた湿式分析法を利用し、磁気特性は、Ｂ−Ｈ  ｌｏｏｐ ｔｒａｃｅｒを利用して最大磁場３０ｋＯｅまで印加しながら、それぞれのｌｏｏｐを測定して得られ、その分析結果は表１の通りである。サンプル１−１は、粉末混練過程で重希土類粉末を添加せず製造したサンプルであり、サンプル１−２〜１−１３は粉末混練過程でＤｙ−Ｈ或いはＴｂ−Ｈを希土磁石粉末対比０．５〜５ｗｔ％の範囲に混練して製造したサンプルである。
＜表１＞
2019519941.tif 000002
（ａ：希土類磁石粉末と重希土化合物の総含有量対比重希土化合物の含有量であり、以下の表２〜表５も同様である。）
【００４０】
表１に示された結果のように、重希土化合物の混合比率が１重量％未満では、保磁力の上昇効果が微々たるものであり、４重量％を超える場合、残留磁束密度が急激に減少するのを確認することができる。
【００４１】
実施例２
前記実施例１で下記の表２に示すように重希土化合物粉末を異にしたことを除いては、同様に実施した。
＜表２＞
2019519941.tif 000003
【００４２】
表２の結果に示すように、重希土水素化物が重希土フッ化物や重希土酸化物よりも保磁力の上昇効果が優れていることを確認することができる。
【００４３】
実施例３
前記実施例１で下記の表３に示すように重希土化合物粉末を混合して使用したこ
とを除いては、同様に実施した。
＜表３＞
2019519941.tif 000004
【００４４】
表３の結果に示すように、重希土化合物の総重量対比重希土水素化物は５０〜１００重量％の範囲内に含まれるのが、より優れているものと示された。
【００４５】
実施例４
前記実施例１で下記の表４に示すように、焼結拡散温度を多様にしたことを除いては、同様に実施した。
＜表４＞
2019519941.tif 000005
【００４６】
表４に示すように、焼結及び重希土拡散温度は、９００〜１１００℃の範囲内が優れているものと確認することができる。
【００４７】
実施例５
前記実施例１で下記の表５に示すように、７００℃以上の温度での昇温速度を多様にしたことを除いては、同様に実施した。
＜表５＞
2019519941.tif 000006
【００４８】
表５に示すように、昇温速度は、０．１〜１５℃／ｍｉｎの範囲内で優れた特性を示し、量産性を考慮すると、昇温速度は０．５〜１５℃／ｍｉｎの範囲内が好ましい。
【００４９】
以上で、本発明の内容の特定な部分を詳細に記述してきたが、当業界における通常の知識を有する者にとって、このような具体的な技術は、単に好ましい実施例に過ぎず、これにより本発明の範囲が制限されるものではない点は明らかである。したがって、本発明の実質的な範囲は、添付された請求項とそれらの等価物により定義されるということができる。
【国際調査報告】
2019519941.tif 000007
2019519941.tif 000008
2019519941.tif 000009
2019519941.tif 000010